KR101597702B1 - Control method of the three-wheel electric vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 스키드(skid) 조향되는 좌측 앞바퀴와 우측 앞바퀴, 및 액커만(ackermann) 조향되는 뒷바퀴를 포함하는 세바퀴 전기 자동차 제어방법이고, 조향핸들의 회전각, 및 가속 페달 또는 브레이크 페달의 눌림정도를 입력받는 입력단계를 포함한다. 자동차의 속도를 측정하는 속도측정단계를 포함한다. 조향핸들의 회전각, 및 가속 페달 또는 브레이크 페달의 눌림정도에 따라 자동차의 선회중심을 결정하고, 가속 페달 또는 브레이크 페달의 눌림정도에 비례하여 가속도를 결정하는 결정단계를 포함한다. 또한, 결정된 자동차의 선회중심 및 가속도에 따라 좌측 및 우측 앞바퀴의 토크와 뒷바퀴의 조향각을 제어하는 제어단계를 포함한다. 자동차의 속도가 소정속도 이하일 때는, 조향핸들의 회전각의 뒷바퀴의 조향각에 대한 비인 조향비는 소정비에 도달할 때까지 자동차의 속도에 비례하여 증가하고, 자동차의 속도가 소정속도 이상일 때는, 조향비는 소정비로 고정될 수 있다.A control method of a three-wheel electric vehicle according to the present invention is a three-wheel electric vehicle control method including a left front wheel and a right front wheel that are skid-steered, and a rear wheel that is steered by an ackermann, And an input step of receiving the degree of depression of the accelerator pedal or the brake pedal. And a speed measuring step of measuring the speed of the automobile. A turning angle of the steering wheel and a degree of depression of the accelerator pedal or the brake pedal to determine the turning center of the automobile and determining the acceleration in proportion to the degree of depression of the accelerator pedal or the brake pedal. And a control step of controlling the left and right front wheel torque and the steering angle of the rear wheel according to the determined turning center and acceleration of the car. When the speed of the vehicle is less than the predetermined speed, the steering ratio of the steering wheel to the steering angle of the rear wheel of the rotational angle of the steering wheel increases in proportion to the speed of the vehicle until reaching the predetermined ratio. The ratio can be fixed at a predetermined ratio.

Description

세바퀴 전기 자동차의 제어방법{CONTROL METHOD OF THE THREE-WHEEL ELECTRIC VEHICLE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a three-
본 발명은 세바퀴 전기 자동차의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a three wheel electric vehicle.
최근 세바퀴 전기 자동차는 운행시 네바퀴 전기 자동차에 비해 경제적이라는 장점을 가지므로 세바퀴 전기 자동차에 대한 개발이 이루어지고 있다. 일반적으로 전기 자동차는 주로 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서, 축전지에 있는 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 모터를 구동시킨다. 전기 자동차는 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 공해문제가 최근 심각해지면서 다시 개발이 되고 있다. 전기를 동력으로 하여 움직이는 전기 자동차는 배기가스나 환경오염이 전혀 없으며, 소음도 아주 작은 장점을 가진다.Recently, three-wheel electric vehicles have been developed for three-wheel electric vehicles because they have the advantage of being economical compared to four-wheel electric vehicles in operation. Generally, an electric vehicle is an automobile which drives a motor by using power from a battery, and converts the chemical energy in the battery into electric energy to drive the motor. Electric vehicles have not been put to practical use due to problems such as heavy weight of batteries and time taken for recharging. An electric vehicle that is driven by electricity is advantageous in that there is no exhaust gas or environmental pollution, and noise is very small.
세바퀴 전기 자동차는 기존의 자동차와 그 구조가 확연히 달라 종래의 방식으로 자동차의 움직임을 제어하는 것이 불가능하다. 따라서, 운전자에게 익숙한 기존의 제어기구(스티어링 휠(steering wheel), 가속 페달, 브레이크 페달)을 이용하여 세 바퀴 전기 자동차를 효과적으로 제어하는 것이 요구된다.A three wheel electric vehicle is significantly different from an existing automobile, and it is impossible to control the movement of the vehicle in a conventional manner. Therefore, it is required to effectively control a three-wheeled electric vehicle using conventional control mechanisms (steering wheel, accelerator pedal, brake pedal) familiar to the driver.
한국등록특허 10-0964348(2010.06.17 공고)Korean Patent No. 10-0964348 (published on Jun. 17, 2010)
본 발명은 일반 자동차의 입력방식을 이용하여 세바퀴 전기 자동차를 제어하는 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.A control method for controlling a three-wheeled electric vehicle using an input method of a general automobile.
본 발명은 저속에서 세바퀴 전기 자동차가 일반 자동차보다 큰 각도로 선회할 수 있도록 하는 세바퀴 전기 자동차의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a control method for a three-wheel electric vehicle in which a three-wheel electric vehicle can be turned at a larger angle than a general car at low speed.
본 발명은 자동차의 속도에 따라 조향핸들의 회전에 따른 차량의 진행방향의 회전비를 다르게 할 수 있는 세바퀴 전기 자동차의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a control method of a three-wheeled electric vehicle in which the turning ratio of the traveling direction of the vehicle in accordance with the rotation of the steering wheel can be varied according to the speed of the vehicle.
본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 스키드(skid) 조향되는 좌측 앞바퀴와 우측 앞바퀴, 및 액커만(ackermann) 조향되는 뒷바퀴를 포함하는 세바퀴 전기 자동차 제어방법이고, 조향핸들의 회전각, 및 가속 페달 또는 브레이크 페달의 눌림정도를 입력받는 입력단계를 포함한다. 자동차의 속도를 측정하는 속도측정단계를 포함한다. 조향핸들의 회전각, 및 가속 페달 또는 브레이크 페달의 눌림정도에 따라 자동차의 선회중심을 결정하고, 가속 페달 또는 브레이크 페달의 눌림정도에 비례하여 가속도를 결정하는 결정단계를 포함한다. 또한, 결정된 자동차의 선회중심 및 가속도에 따라 좌측 및 우측 앞바퀴의 토크와 뒷바퀴의 조향각을 제어하는 제어단계를 포함한다. 자동차의 속도가 소정속도 이하일 때는, 조향핸들의 회전각의 뒷바퀴의 조향각에 대한 비인 조향비는 소정비에 도달할 때까지 자동차의 속도에 비례하여 증가하고, 자동차의 속도가 소정속도 이상일 때는, 조향비는 소정비로 고정될 수 있다.A control method of a three-wheel electric vehicle according to the present invention is a three-wheel electric vehicle control method including a left front wheel and a right front wheel that are skid-steered, and a rear wheel that is steered by an ackermann, And an input step of receiving the degree of depression of the accelerator pedal or the brake pedal. And a speed measuring step of measuring the speed of the automobile. A turning angle of the steering wheel and a degree of depression of the accelerator pedal or the brake pedal to determine the turning center of the automobile and determining the acceleration in proportion to the degree of depression of the accelerator pedal or the brake pedal. And a control step of controlling the left and right front wheel torque and the steering angle of the rear wheel according to the determined turning center and acceleration of the car. When the speed of the vehicle is less than the predetermined speed, the steering ratio of the steering wheel to the steering angle of the rear wheel of the rotational angle of the steering wheel increases in proportion to the speed of the vehicle until reaching the predetermined ratio. The ratio can be fixed at a predetermined ratio.
이와 같이, 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차는, 운전자가 일반 자동차와 동일하게 조향핸들을 돌리고, 가속 페달 또는 브레이크 페달을 밟아 제어한다. 따라서, 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 일반 자동차와는 구동 방식이 다른 세바퀴 전기 자동차를 운전자가 용이하게 운전할 수 있도록 해준다. 또한, 자동차의 속도에 따라 조향비를 다르게 할 수 있으므로, 자동차의 속도에 따라, 자동차의 선회를 다르게 하여, 자동차를 효율적으로 제어할 수 있다.As described above, in the three-wheel electric vehicle according to the present invention, the driver turns the steering wheel in the same manner as the ordinary automobile, and controls the vehicle by depressing the accelerator pedal or the brake pedal. Therefore, the control method of the three-wheel electric vehicle according to the present invention allows the driver to easily operate the three-wheel electric vehicle having a different drive system from that of the general car. Further, since the steering ratio can be made different depending on the speed of the vehicle, the turning of the vehicle can be made different depending on the speed of the vehicle, and the vehicle can be efficiently controlled.
본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 제어단계는, 자동차의 선회중심이 좌측 앞바퀴측에 있을 때, 우측 앞바퀴의 토크가 상기 좌측 앞바퀴의 토크보다 크도록 제어하고, 뒷바퀴를 우측 앞바퀴측으로 회전하도록 제어할 수 있다.The control method of a three wheel electric vehicle according to the present invention is characterized in that the control step controls the torque of the right front wheel to be greater than the torque of the left front wheel when the turning center of the automobile is on the left front wheel side, It can be controlled to rotate.
이와 같이, 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차는, 자동차의 선회중심에 따라 앞바퀴의 토크와 뒷바퀴의 조향각을 회전하여 세바퀴 전기 자동차가 효율적으로 회전하도록 한다.Thus, the three-wheeled electric vehicle according to the present invention rotates the torque of the front wheel and the steering angle of the rear wheel according to the turning center of the automobile, so that the three-wheel electric vehicle can be efficiently rotated.
본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 제어단계는, 자동차의 선회중심이 우측 앞바퀴측에 있을 때, 좌측 앞바퀴의 토크가 우측 앞바퀴의 토크보다 크도록 제어하고, 뒷바퀴를 좌측 앞바퀴측으로 회전하도록 제어할 수 있다.The control method of a three-wheel electric vehicle according to the present invention is characterized in that the control step controls the torque of the left front wheel to be greater than the torque of the right front wheel when the turning center of the automobile is on the right front wheel side, .
이와 같이, 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차는, 자동차의 선회중심에 따라 앞바퀴의 토크와 뒷바퀴의 조향각을 회전하여 세바퀴 전기 자동차가 효율적으로 회전하도록 한다.Thus, the three-wheeled electric vehicle according to the present invention rotates the torque of the front wheel and the steering angle of the rear wheel according to the turning center of the automobile, so that the three-wheel electric vehicle can be efficiently rotated.
본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 자동차의 선회중심은, 조향핸들의 회전각의 뒷바퀴의 조향각에 대한 비인 조향비(steering ratio, 조향핸들의 회전각/뒷바퀴의 조향각)와 조향핸들의 회전각에 의하여 정해질 수 있다.The control method of a three-wheeled electric vehicle according to the present invention is characterized in that the turning center of the automobile includes a steering ratio (steering ratio (steering angle of the steering wheel / steering angle of the rear wheel) to steering angle of the rear wheel of the steering wheel, As shown in FIG.
이와 같이, 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차는, 조향비와 조향핸들의 회전각에 의하여 자동차의 선회중심이 결정되며, 가속 페달 또는 브레이크 페달의 눌림정도에 비례하여 가속도가 결정되므로, 운전자의 입력인 조향핸들의 회전각과 페달의 눌림정도에 따라 세바퀴 전기 자동차가 정확히 제어될 수 있다.Thus, in the three-wheeled electric vehicle according to the present invention, the turning center of the automobile is determined by the steering ratio and the rotation angle of the steering wheel, and the acceleration is determined in proportion to the degree of depression of the accelerator pedal or brake pedal. The three-wheeled electric vehicle can be accurately controlled according to the rotation angle of the steering wheel and the degree of depression of the pedal.
본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 자동차의 선회중심은 조향핸들의 회전각을 상기 조향비로 나눈 값에 의하여 정해질 수 있다.In the control method of a three-wheeled electric vehicle according to the present invention, the turning center of the automobile can be determined by a value obtained by dividing the steering angle of the steering wheel by the steering ratio.
이와 같이, 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차는, 자동차의 선회중심이 운전자의 입력인 조향핸들의 회전각을 조향비로 나눈 값을 정해지므로, 세바퀴 전기 자동차가 정확히 제어될 수 있다.Thus, in the three-wheeled electric vehicle according to the present invention, the turning center of the vehicle determines the value obtained by dividing the steering angle of the steering wheel handle, which is the input of the driver, by the steering ratio, so that the three-wheeled electric vehicle can be accurately controlled.
본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 자동차의 선회중심에 따라 좌측 및 우측 앞바퀴에는 서로 다른 토크가 인가되어 스키드 조향될 수 있다.In the control method of a three-wheeled electric vehicle according to the present invention, different torques are applied to the left and right front wheels along the turning center of the vehicle, so that the vehicle can be skid steered.
이와 같이, 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차는, 좌측 및 우측 앞바퀴에 서로 다른 토크가 인가되므로, 앞바퀴가 직접 회전하지 않고 조향될 수 있다. 따라서, 구동 모터 만으로 세바퀴 전기 자동차를 조향시킬 수 있다.As described above, since the three-wheeled electric vehicle according to the present invention applies different torques to the left and right front wheels, the front wheels can be steered without directly rotating. Therefore, the three-wheel electric vehicle can be steered by only the drive motor.
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본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 자동차의 속도가 소정속도 이하일 때, 뒷바퀴의 조향각이 소정각보다 크면 자동차의 선회중심이 자동차의 내부에 위치할 수 있다.In the control method of a three-wheeled electric vehicle according to the present invention, when the speed of the automobile is less than a predetermined speed and the steering angle of the rear wheel is greater than a predetermined angle, the turning center of the automobile may be located inside the automobile.
이와 같이, 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차는, 자동차의 속도가 소정속도 이하일 때는, 선회중심이 자동차의 내부에 위치할 수 있으므로, 좁은 골목길 주행 혹은 주차시에 자동차를 급선회 할 수 있으므로 효율적이다. Thus, in the three-wheeled electric vehicle according to the present invention, when the speed of the automobile is less than the predetermined speed, the turning center can be located inside the automobile, so that the automobile can be sprung in a narrow alleyway or parking.
본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 조향핸들은 시계 및 반시계 방향으로 각각 최대 180도 미만으로 회전가능하다.In the control method of a three-wheel electric vehicle according to the present invention, the steering wheel is rotatable less than a maximum of 180 degrees in the clockwise and counterclockwise directions, respectively.
이와 같이, 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차는, 조향핸들의 최대 회전각을 360도 미만으로 제한하여 조향핸들이 한 바퀴 이상 회전하였을 시에 발생할 수 있는 운전자 혼란을 방지할 수 있다.As described above, the three-wheeled electric vehicle according to the present invention can limit the maximum rotation angle of the steering wheel to less than 360 degrees, thereby preventing driver confusion that may occur when the steering wheel rotates more than one turn.
본 발명에 따르면, 일반 자동차의 입력방식을 이용하여 세바퀴 전기 자동차를 제어하는 제어방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a control method of controlling a three-wheeled electric vehicle using an input method of a general automobile.
본 발명에 따르면, 저속에서 세바퀴 전기 자동차가 일반 자동차보다 큰 각도로 선회할 수 있도록 하는 세바퀴 전기 자동차의 제어방법을 제공할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a control method of a three-wheel electric vehicle in which a three-wheel electric vehicle can be turned at a larger angle than a general car at low speed.
본 발명에 따르면, 자동차의 속도에 따라 조향핸들의 회전에 따른 차량의 진행방향의 회전비를 다르게 할 수 있는 세바퀴 전기 자동차의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.According to the present invention, it is an object of the present invention to provide a control method of a three-wheeled electric vehicle in which the turning ratio of the traveling direction of the vehicle with respect to the rotation of the steering wheel can be varied according to the speed of the vehicle.
도 1은 세바퀴 전기 자동차의 운동모델(Kinematic model)을 나타내는 도면이다.
도 2는 세바퀴 전기 자동차의 자유도(Free body diagram)를 나타내는 도면이다.
도 3은 회전반경에 따른 종방향 힘을 나타내는 그래프이다.
도 4는 조향각에 따른 종방향 힘을 나타내는 그래프이다.
도 5는 속도에 따른 최대 조향각 조건을 나타내는 그래프이다.
도 6은 속도에 따른 최대 주행반경 조건을 나타내는 그래프이다.
도 7은 속도에 따른 조향각 제한을 나타내느 그래프이다.
도 8은 속도에 따른 조향각 비율을 나타내는 그래프이다.
도 9는 속도에 따른 조향각 제한을 나타내는 도면이다.
도 10a는 제1 시뮬레이션(simulation)을 통한 자동차의 궤적을 나타내며, 도 10b는 자동차의 회전반경을 나타내며, 도 10c는 자동차의 속도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11a는 제2 시뮬레이션을 통한 자동차의 궤적을 나타내며, 도 11b는 자동차의 회전반경을 나타내며, 도 11c는 자동차의 속도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차를 위한 구동 모터 및 조향 모터 장치의 개략적인 구조를 나타내는 평면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차를 위한 구동 모터 및 조향 모터 장치의 개략적인 구조를 나타내는 측면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법의 순서도이다.
도 15는 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 조향핸들을 우측으로 회전시켰을 때 자동차가 선회하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 선회중심이 자동차의 내부에 위치할 때를 나타내는 도면이다.
1 is a view showing a kinematic model of a three-wheel electric vehicle.
2 is a view showing a free body diagram of a three-wheeled electric vehicle.
3 is a graph showing the longitudinal force along the turning radius.
4 is a graph showing the longitudinal force according to the steering angle.
5 is a graph showing the maximum steering angle condition according to the speed.
6 is a graph showing the maximum running radius condition according to the speed.
7 is a graph showing the steering angle limit according to the speed.
8 is a graph showing the ratio of the steering angle to the speed.
9 is a view showing the steering angle limitation with respect to the speed.
FIG. 10A shows the trajectory of the automobile through the first simulation, FIG. 10B shows the turning radius of the automobile, and FIG. 10C is a graph showing the speed change of the automobile.
Fig. 11A shows the trajectory of the automobile through the second simulation, Fig. 11B shows the turning radius of the automobile, and Fig. 11C is a graph showing the speed change of the automobile.
12 is a plan view showing a schematic structure of a driving motor and a steering motor device for a three-wheel electric vehicle according to the present invention.
13 is a side view showing a schematic structure of a drive motor and a steering motor device for a three-wheeled electric vehicle according to the present invention.
14 is a flowchart of a control method of a three-wheeled electric vehicle according to the present invention.
15 is a view for explaining that the vehicle turns when the steering wheel of the three-wheel electric vehicle according to the present invention is turned to the right.
16 is a view showing a turning center of a three-wheeled electric vehicle according to the present invention when it is located inside the automobile.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다. The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.
이하, 먼저 본 발명의 이론적인 배경에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the theoretical background of the present invention will be described first.
앞바퀴를 토크에 의하여 스키드 조향하고 뒷바퀴를 조향각에 의하여 아크만 조향의 할 수 있는 세바퀴 자동차의 경우, 정상상태에서 같은 경로를 가기 위한 조향각이 하나로만 결정되지 않는다. 따라서 적절한 토크 분배를 통하여 원하는 경로를 가기 위한 자동차의 입력을 결정해주는 것이 중요하다.In the case of a three-wheeled vehicle in which the front wheel is steered by a torque and the rear wheel is steered by the steering angle, only one steer angle for going to the same route in the steady state is determined. Therefore, it is important to determine the input of the car to go through the desired route through proper torque distribution.
도 1은 세바퀴 전기 자동차의 운동모델(Kinematic model)을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a kinematic model of a three-wheel electric vehicle.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 각 바퀴에서의 사이드 슬립 앵글이 최소가 되어 파워 소비 관점에서 유리한 키네마틱 모델을 통해 그 분배 전략을 결정할 수 있다. 키네마틱 모델의 특징은 앞 바퀴와 뒷바퀴에 수직하는 교점에 회전중심이 결정된다는 것이다. 따라서 그 기하학적 구조에 의해 조향각과 현재 속도에 따른 요율과 사이드 슬립 앵글이 결정된다. 하지만 토크 분배를 키네마틱 모델로 구할 수는 없으므로, 다이나믹 모델링을 통하여 앞바퀴에 가해줘야 하는 토크를 결정할 수 있다.As shown in Fig. 1, the side slip angles at each wheel are minimized, and the distribution strategy can be determined through a kinematic model which is advantageous from the viewpoint of power consumption. The characteristic of the kinematic model is that the center of rotation is determined at the intersection perpendicular to the front wheel and the rear wheel. Therefore, the geometric structure determines the yaw rate and the side slip angle according to the steering angle and current speed. However, since torque distribution can not be obtained with a kinematic model, dynamic modeling can determine the torque that must be applied to the front wheels.
도 2는 세바퀴 전기 자동차의 자유도(Free body diagram)를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a free body diagram of a three-wheeled electric vehicle.
도 2에 도시된 바와 같이, 뒷바퀴는 구동력이 없기 때문에 종방향 힘이 0이 된다고 가정하면 도 2에서 보듯이 세바퀴 자동차에 작용하는 힘은 크게 5가지가 된다. 이때의 고정 차체 계에서의 운동방정식은 식 (B-1)~(B-3)로 나타내어진다.As shown in FIG. 2, assuming that the rear wheel has no driving force and thus the longitudinal force becomes zero, there are five forces acting on the three-wheeled automobile as shown in FIG. The equation of motion in the fixed body system at this time is expressed by equations (B-1) to (B-3).
Figure 112014047920720-pat00001
Figure 112014047920720-pat00001
우선 뒷바퀴 조향각에 따라서 운전자가 원하는 회전 반경을 정의할 필요가 있다. 그 회전반경은 앞서서 말한 키네마틱 모델을 근거로 하여 두 바퀴에서 수직한 선의 교점을 회전중심으로 정의할 수 있다. 원심력을 나타내는 조건은 속도에 따른 이차항으로 나타내어 지는데 속도가 작다고 가정하여
Figure 112014047920720-pat00002
로 둔다. 윗 식에서 앞바퀴의 횡방향 힘을 나타내는
Figure 112014047920720-pat00003
항을 소거하고 우리가 구하려는 종방향 힘에 대한 식을 다시 써보면 다음과 같다.
First, it is necessary to define the desired turning radius according to the rear wheel steering angle. The radius of rotation can be defined as the center of rotation of the intersection of vertical lines on two wheels based on the aforementioned kinematic model. The conditions representing the centrifugal force are represented by a quadratic term according to the velocity, assuming that the velocity is small
Figure 112014047920720-pat00002
. In the above equation, the lateral force of the front wheel
Figure 112014047920720-pat00003
Let us rewrite the expression for the longitudinal force that we want to eliminate by removing the term as follows.
Figure 112014047920720-pat00004
Figure 112014047920720-pat00004
위 식에서 알 수 있듯이 우리가 구하려는 힘은 β와 FR에 관한 함수로 표현이 되어 하나의 힘으로 결정되지 않는다. 따라서 전에 언급했던 키네마틱 모델의 회전 중심 조건을 사용하여 우리가 원하는 힘을 결정할 수 있다. 그 조건은 식(B-6)로 나타내어진다.As we can see from the above equation, the force we are trying to obtain is expressed as a function of β and F R and is not determined as a force. Thus, we can determine the desired force using the rotational center condition of the kinematic model mentioned above. The condition is expressed by the formula (B-6).
Figure 112014047920720-pat00005
Figure 112014047920720-pat00005
뒷바퀴에서 작용하는 힘을 계산하기 위해서는 타이어 모델링이 필요하다. 우리가 사용한 타이어 모델은 선형 타이어 모델을 사용하였으며, 그 식은 (B-7)로 나타내어진다.Tire modeling is required to calculate the force acting on the rear wheels. The tire model we used was a linear tire model, and the formula is (B-7).
Figure 112014047920720-pat00006
Figure 112014047920720-pat00006
앞서서 구한 (B-7) 조건을 이용하여 뒷바퀴의 힘을 계산할 수 있다. The force of the rear wheel can be calculated using the condition (B-7) obtained earlier.
Figure 112014047920720-pat00007
Figure 112014047920720-pat00007
처음에 가정했던 기하학적 조건 (B-9)와 (B-7)를 이용하여 식(B-8)에 대입해보면 다음과 같다. (B-8) using the geometric conditions (B-9) and (B-7) that were originally assumed.
Figure 112014047920720-pat00008
Figure 112014047920720-pat00008
따라서 최종 식은 다음과 같이 얻을 수 있다.Therefore, the final equation can be obtained as follows.
Figure 112014047920720-pat00009
Figure 112014047920720-pat00009
이를 회전반경과 조향각에 따른 힘의 그래프로 그려보면 그림 (B-4), (B-5)와 같다.(B-4) and (B-5) as shown in the graph of the force according to the turning radius and the steering angle.
아래 그림에서 사용한 수치와 조건은 표 1과 같다. The figures and conditions used in the figure below are shown in Table 1.
l = 2.3ml = 2.3m
lf = 0.766ml f = 0.766m
w = 1.4mw = 1.4m
I = 297kgm2 I = 297 kgm 2
표 1: 세바퀴 자동차의 치수Table 1: Dimensions of three-wheeled vehicles
도 3은 회전반경에 따른 종방향 힘을 나타내는 그래프이다. 도 4는 조향각에 따른 종방향 힘을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the longitudinal force along the turning radius. 4 is a graph showing the longitudinal force according to the steering angle.
도 3 및 4에서 보면 조향각이 90도가 되었을 경우 종방향 힘이 반대로 작용하여 회전중심이 내부에 생기며 조향각이 0도가 되었을 경우는 두 힘이 동일하게 작용하여 직선주행을 하는 힘이 결정 됨을 확인할 수 있다.
In FIGS. 3 and 4, when the steering angle is 90 degrees, when the center of gravity is in the inside and the steering angle is 0 degree, the force acting on the straight line is determined by the two forces acting the same .
회전 반경에 따른 속도 제한
Speed limit according to radius of rotation
앞서서의 다이나믹 모델링에서는 선형 타이어 모델을 사용하여 바퀴의 횡방향 힘이 무한하게 작용할 수 있다고 가정하였다. 하지만 이는 바퀴가 포화 되는 시점에서 물리적으로 불가능한 상황이 된다. 따라서 이를 고려하여 속도의 제한을 설정할 수 있다. 각 바퀴가 낼 수 있는 최대 횡방향 힘이 각 바퀴에 걸리는 원심력보다 작아야 하는데 이를 수식적으로 표현하면 다음과 같다. 식 (B-12)는 원통 좌표계에서 타이어의 최대 횡방향 힘의 합이 원심력보다 커야 한다는 것을 나타내는 식이다.In the preceding dynamic modeling, it is assumed that the lateral force of the wheel can be infinitely operated using a linear tire model. However, this is a physically impossible situation when the wheels are saturated. Therefore, the speed limit can be set in consideration of this. The maximum transverse force that each wheel can produce is less than the centrifugal force applied to each wheel. Equation (B-12) indicates that the sum of the maximum transverse forces of the tire in the cylindrical coordinate system should be greater than the centrifugal force.
Figure 112014047920720-pat00010
Figure 112014047920720-pat00010
하지만 실제 상황에서는 한쪽 바퀴만 포화상태에 다 다르더라도 동적 방정식을 만족시켜주지 못하기 때문에 안정성이 보장되지 못할 수 가있다. 따라서 각각 바퀴의 포화 시 최대 힘을 원심력과 비교하여 좀더 안정성 영역을 좁힐 수가 있다.However, in actual conditions, even if one wheel is saturated, the dynamic equation can not be satisfied, so stability may not be guaranteed. Therefore, when the wheel is saturated, the maximum force can be compared with the centrifugal force to further narrow the stability region.
Figure 112014047920720-pat00011
Figure 112014047920720-pat00011
식에서 (F)max 는 뒷바퀴에 걸리는 최대 횡방향 힘을 나타낸다. 그 값은 상용프로그램 CARSIM 의 타이어 모델을 사용하여 구하였다. 이 두 조건을 사용하여 속도와 최대 조향각 간의 그래프를 나타내었다.In equation (F) max Represents the maximum lateral force exerted on the rear wheel. The values were obtained using the tire model of the commercial program CARSIM. Using these two conditions, a graph between speed and maximum steering angle is shown.
도 5는 속도에 따른 최대 조향각 조건을 나타내는 그래프이다. 도 6은 속도에 따른 최대 주행반경 조건을 나타내는 그래프이다. 도 7은 속도에 따른 조향각 제한을 나타내는 그래프이다. 도 8은 속도에 따른 조향각 비율을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the maximum steering angle condition according to the speed. 6 is a graph showing the maximum running radius condition according to the speed. 7 is a graph showing the steering angle limitation with respect to the speed. 8 is a graph showing the ratio of the steering angle to the speed.
도 5에서 보면 속도가 0일 때 조향각이 90도 이며 속도가 커질수록 조향각이 0에 수렴함을 알 수 있다. 운전자의 상태가 그래프의 오른쪽 편에 위치하게 될 경우 바퀴가 포화상태에 이르러서 운전자가 원하는 경로를 추종하지 못할 가능성이 크다. 따라서 이러한 위험한 상황을 방지하기 위해서 자동차의 상태를 그래프 왼쪽에 위치시켜야 하며 이에 따라 속도에 따른 최대 조향각을 제한시킬 수 있다. 도 6은 속도에 따른 최대 회전 반경을 나타내며 속도가 0km/h일 때 모든 회전반경을 회전 가능함을 확인할 수 있다. 자동차의 조향각이 보통의 경우 30도에서 40도가 되는 점을 고려하여 30도가 되는 지점, 약 14.5km/h 지점에서 조향각 제한을 풀어서 일반 자동차와 같은 조향 성능을 가질 수 있게 하는 것이 필요하다. 따라서 속도에 따른 조향각 제한 조건을 도 7과 같은 그래프로 표현이 가능하다.5, when the speed is 0, the steering angle is 90 degrees. As the speed increases, the steering angle converges to zero. If the driver's condition is located on the right side of the graph, it is likely that the wheels are saturated and the driver is not able to follow the desired path. Therefore, in order to prevent such a dangerous situation, the condition of the vehicle should be positioned to the left of the graph, thereby limiting the maximum steering angle according to the speed. FIG. 6 shows the maximum rotation radius according to the speed, and it can be confirmed that all the rotation radii can be rotated when the speed is 0 km / h. Considering that the steering angle of the vehicle is usually 30 to 40 degrees, it is necessary to solve the steering angle limitation at a point of 30 degrees, about 14.5 km / h, so as to have the same steering performance as that of an ordinary automobile. Therefore, it is possible to express the steering angle limiting condition according to the speed as a graph as shown in FIG.
또한 운전자의 핸들 조향각에 따른 뒷바퀴 최대 조향 각도는 속도에 따라 제어되며 그 비율은 일반적인 자동차의 비율을 고려하여 도 8과 같이 설정 가능하다. 속도에 따라 그 핸들의 민감도가 달라지며 일반적인 주행상황, 즉 우리가 정한 속도의 한계점인 14.5km/h이상일때는 일반적인 자동차와 같이 15:1의 비율로 돌아가지만 그 속도 아래에서 회전시는 그 회전비율이 1:1까지 선형적으로 감소한다. In addition, the maximum steering angle of the rear wheel according to the steering angle of the driver is controlled according to the speed, and the ratio can be set as shown in FIG. The sensitivity of the steering wheel changes according to the speed. When the driving speed is more than 14.5 km / h, which is the limit of the normal driving speed, the speed ratio is 15: 1. Decreases linearly to 1: 1.
따라서 지금까진 구한 결과를 바탕으로 세바퀴 자동차 토크분배 제어 알고리즘을 도 9와 같이 제안한다.Therefore, based on the results obtained so far, a three-wheel vehicle torque distribution control algorithm is proposed as shown in FIG.
도 9는 속도에 따른 조향각 제한을 나타내는 도면이다.9 is a view showing the steering angle limitation with respect to the speed.
먼저 사용자의 엑셀, 브레이크, 핸들 조향 입력이 들어오면 식(B-11)을 통하여 뒷바퀴의 조향각 그리고 앞바퀴에 가해져야 하는 종방향 힘이 결정된다. 이때 현재 휠에 부착되어있는 속도 센서를 이용하여 최대 조향각과 민감도를 결정한 다음 사용자의 입력 조향각이 최대 조향각 제한보다 크지 않도록 설정한다.
First, when the user's excel, brake, and steering steering inputs are input, the steering angle of the rear wheel and the longitudinal force to be applied to the front wheel are determined through equation (B-11). At this time, the maximum steering angle and sensitivity are determined by using the speed sensor attached to the present wheel, and then the user's input steering angle is set not to be larger than the maximum steering angle limit.
카심 시뮬레이션을 통한 확인
Confirmation through Kassim simulation
앞서서 구한 결과를 토대로 카심 시뮬레이션을 통하여 검증해보았다. 다음 상황은 각각 뒷바퀴 조향각을 90도와 30도를 조향시켰을 때 CARSIM 모델을 비교한 것이다. Based on the results obtained earlier, we have verified it through the Kassim simulation. The following situation compares the CARSIM model when the rear steering angle is steered at 90 degrees and 30 degrees, respectively.
도 10a는 제1 시뮬레이션(simulation)을 통한 자동차의 궤적을 나타내며, 도 10b는 자동차의 회전반경을 나타내며, 도 10c는 자동차의 속도 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 10A shows the trajectory of the automobile through the first simulation, FIG. 10B shows the turning radius of the automobile, and FIG. 10C is a graph showing the speed change of the automobile.
도 11a는 제2 시뮬레이션을 통한 자동차의 궤적을 나타내며, 도 11b는 자동차의 회전반경을 나타내며, 도 11c는 자동차의 속도 변화를 나타내는 그래프이다.Fig. 11A shows the trajectory of the automobile through the second simulation, Fig. 11B shows the turning radius of the automobile, and Fig. 11C is a graph showing the speed change of the automobile.
먼저 도 10a 내지 도 11c를 를 통해 카심 모델과 본 발명에 따른 모델이 거의 비슷하게, 원하는 경로를 ?아감을 확인할 수 있다. 하지만 각각의 시뮬레이션 상황의 속도 그래프에서 그 기울기 값이 다르다. 그 이유는 본 발명에 따른 다이나믹 모델에서는 원심력, 마찰력, 공기저항 등의 힘을 고려하지 않았기 때문에 그 차이가 발생한다. 따라서 좀더 정밀한 센싱을 통하여 이 힘들을 고려해줄 수 있을 경우 정밀한 제어를 할 수 있다.
10A to 11C, the model of the passcam model and the model according to the present invention are almost similar to each other and a desired path can be identified. However, the slope value is different in the velocity graph of each simulation situation. The reason for this is that the dynamic model according to the present invention does not take into consideration the centrifugal force, the frictional force, the air resistance, or the like. Therefore, precise control can be performed when it is possible to consider these forces through more precise sensing.
이상, 본 발명의 이론적 배경에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법에 대하여 설명하도록 한다.The theoretical background of the present invention has been described above. Hereinafter, a control method of a three-wheeled electric vehicle according to an embodiment of the present invention will be described.
도 12는 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차를 위한 구동 모터 및 조향 모터 장치의 개략적인 구조를 나타내는 평면도이다.12 is a plan view showing a schematic structure of a driving motor and a steering motor device for a three-wheel electric vehicle according to the present invention.
도 12를 참조하면, 세바퀴 전기 자동차는 좌측 앞바퀴(100), 우측 앞바퀴(110), 뒷바퀴(120), 제1 구동 모터(200), 제2 구동 모터(210), 조향 모터(220), 조향핸들(400), 제1 구동축(300), 제2 구동축(310), 조향축(320), 가속 페달(410), 브레이크 페달(420) 및 연산장치(500)를 포함할 수 있다. 명세서 전반에서는 앞바퀴가 2개이고 뒷바퀴가 1개인 세바퀴 전기 자동차를 예로 들어 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차는 앞바퀴가 1개이고, 뒷바퀴가 좌측 뒷바퀴, 우측 뒷바퀴를 포함하는 세바퀴 전기 자동차일 수도 있다.12, the three-wheeled electric vehicle includes a left front wheel 100, a right front wheel 110, a rear wheel 120, a first driving motor 200, a second driving motor 210, a steering motor 220, And may include a steering wheel 400, a first driving shaft 300, a second driving shaft 310, a steering shaft 320, an accelerator pedal 410, a brake pedal 420, and a computing device 500. In the specification, the three wheel electric vehicle having two front wheels and one rear wheel is described as an example, but the present invention is not limited thereto. Specifically, a three wheel electric vehicle according to an embodiment of the present invention may be a three wheel electric vehicle including one front wheel and a rear wheel including a left rear wheel and a right rear wheel.
도 12에 도시된 바와 같이, 좌측 앞바퀴(100)는 자동차의 앞측 좌측에 배치되며, 우측 앞바퀴(110)는 자동차의 앞측 우측에 배치될 수 있으며, 뒷바퀴(120)는 자동차의 뒤측 중심위치에 배치된다. 제1 구동 모터(200)는 좌측 앞바퀴(100)에 구동력을 전달하며, 제2 구동 모터(210)는 우측 앞바퀴(110)에 구동력을 전달하며, 조향 모터(220)는 뒷바퀴(120)에 조향력을 전달한다.12, the left front wheel 100 is disposed on the front left side of the automobile, the right front wheel 110 can be disposed on the right side of the front side of the automobile, and the rear wheel 120 is disposed on the rear side center position of the automobile do. The first driving motor 200 transmits the driving force to the left front wheel 100 and the second driving motor 210 transmits the driving force to the right front wheel 110. The steering motor 220 transmits the steering force to the rear wheel 120 .
제1 구동축(300)은 좌측 앞바퀴(100)와 제1 구동 모터(200)를 연결한다. 제1 구동축(300)은 제1 구동 모터(200)에서 발생한 회전 동력을 좌측 앞바퀴(100)에 전달한다. 제2 구동축(310)은 우측 앞바퀴(110)와 제2 구동 모터(210)를 연결한다. 제2 구동축(310)은 제2 구동 모터(210)에서 발생한 회전 동력을 우측 앞바퀴(110)에 전달한다. 조향축(320)은 조향 모터(220)와 뒷바퀴(120)를 연결한다. 조향축(320)은 조향 모터(220)의 회전에 따라 뒷바퀴(120)를 자동차의 좌측 앞바퀴(100) 또는 우측 앞바퀴(110) 측으로 회전시킨다. The first driving shaft 300 connects the left front wheel 100 and the first driving motor 200. The first drive shaft 300 transmits the rotational power generated by the first drive motor 200 to the left front wheel 100. The second driving shaft 310 connects the right front wheel 110 to the second driving motor 210. The second drive shaft 310 transmits the rotational power generated by the second drive motor 210 to the right front wheel 110. The steering shaft 320 connects the steering motor 220 and the rear wheel 120. The steering shaft 320 rotates the rear wheels 120 toward the left front wheel 100 or the right front wheel 110 of the vehicle in accordance with the rotation of the steering motor 220.
조향핸들(400)은 자동차의 앞측 좌측 및 자동차의 앞측 우측 중 일측에 구비될 수 있으며 중앙에 위치할 수 있으며, 그 위치는 특정 위치로 한정되지 않는다. 운전자가 직접 조향핸들(400)을 손으로 조작함으로써 뒷바퀴를 회전시킬 수 있다. 조향핸들(400)의 회전 각도에 대응하는 신호는 연산장치(500)로 전달되며, 전달된 신호에 따라 연산 장치(500)는 제1 구동 모터 제어 신호, 제2 구동 모터 제어 신호 및 조향 모터 제어 신호를 생성한다. 생성된 제1 구동 모터 제어 신호, 제2 구동 모터 제어신호 및 조향 모터 제어 신호는 각각 제1 구동 모터(200), 제2 구동 모터(210) 및 조향 모터(220)로 전달된다.The steering wheel 400 may be provided at one of the front left side of the automobile and the front right side of the automobile and may be located at the center, and the position thereof is not limited to a specific position. The rear wheel can be rotated by operating the steering wheel 400 manually by the driver. A signal corresponding to the rotation angle of the steering wheel 400 is transmitted to the computing device 500. The computing device 500 controls the first driving motor control signal, the second driving motor control signal, and the steering motor control signal Signal. The generated first drive motor control signal, second drive motor control signal, and steering motor control signal are transmitted to the first drive motor 200, the second drive motor 210, and the steering motor 220, respectively.
예로서, 운전자가 조향핸들(400)을 좌측으로 회전시키면 자동차의 선회중심은 좌측 앞바퀴(100)측에 위치한다. 이때, 연산장치(500)는 뒷바퀴(120)가 우측 앞바퀴(110)측으로 회전하도록 제어한다. 즉, 뒷바퀴(120)를 시계방향으로 회전하도록 하는 조향 모터 제어 신호를 생성한다. 또한, 우측 앞바퀴(110)의 토크가 좌측 앞바퀴(100)의 토크보다 크도록 제1 및 제2 구동 모터 제어 신호들을 생성한다.For example, when the driver rotates the steering wheel 400 to the left, the turning center of the automobile is located on the left front wheel 100 side. At this time, the computing device 500 controls the rear wheel 120 to rotate toward the right front wheel 110 side. That is, the steering motor control signal for causing the rear wheel 120 to rotate clockwise is generated. Further, the first and second driving motor control signals are generated so that the torque of the right front wheel 110 is greater than the torque of the left front wheel 100. [
또한, 운전자가 조향핸들(400)을 우측으로 회전시키면 자동차의 선회중심은 우측 앞바퀴(110)측에 위치한다. 이때, 연산장치(500)는 뒷바퀴(120)가 좌측 앞바퀴(100)측으로 회전하도록 제어한다. 즉, 뒷바퀴(120)를 반시계방향으로 회전하도록 하는 조향 모터 제어 신호를 생성한다. 또한, 우측 앞바퀴(110)의 토크가 좌측 앞바퀴(100)의 토크보다 작도록 제1 및 제2 구동 모터 제어 신호들을 생성한다. When the driver rotates the steering wheel 400 to the right, the turning center of the automobile is positioned on the right front wheel 110 side. At this time, the computing device 500 controls the rear wheel 120 to rotate toward the left front wheel 100 side. That is, the steering motor control signal for causing the rear wheel 120 to rotate counterclockwise is generated. And generates first and second driving motor control signals so that the torque of the right front wheel 110 is smaller than the torque of the left front wheel 100. [
제1 구동 모터(200) 및 상기 제2 구동 모터(210)는 좌측 앞바퀴(100) 및 우측 앞바퀴(110)에 서로 다른 토크를 제공함으로써 스키드 조향을 제공할 수 있다. 예로서, 조향핸들(400)을 좌측으로 회전하는 경우, 우측 앞바퀴(110)의 토크는 좌측 앞바퀴(100)의 토크보다 더 많을 수 있다. 예로서, 조향핸들(400)을 우측으로 회전하는 경우, 좌측 앞바퀴(100)의 토크는 우측 앞바퀴(110)의 토크보다 더 많을 수 있다. 조향 모터(220)는 뒷바퀴(120)의 각도를 조절함으로써 액커만(Ackermann) 조향을 제공할 수 있다.The first drive motor 200 and the second drive motor 210 may provide skid steering by providing different torques to the left front wheel 100 and the right front wheel 110. [ For example, when the steering wheel 400 is rotated to the left, the torque of the right front wheel 110 may be greater than the torque of the left front wheel 100. [ For example, when the steering wheel 400 is rotated to the right, the torque of the left front wheel 100 may be higher than that of the right front wheel 110. [ Steering motor 220 can provide steering only (Ackermann) by adjusting the angle of rear wheel 120.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차의 측면도를 나타내는 도면이다. 뒷바퀴에 구비되어 있는 조향 모터(220)는 뒷바퀴(120)를 조향할 수 있게 조향 모터(220)의 조향축(320)을 뒷바퀴에 연결할 수 있다.13 is a side view of a three wheel electric vehicle according to an embodiment of the present invention. The steering motor 220 provided on the rear wheel can connect the steering shaft 320 of the steering motor 220 to the rear wheel so as to steer the rear wheel 120. [
예로서, 뒷바퀴의 조향 모터(220)는 뒷바퀴(120)와 수직으로 연결된 예가 표현되어 있으나, 도면과 달리 뒷바퀴의 조향 모터(220)는 뒷바퀴(120)와 비스듬히 연결될 수도 있다.For example, although the steering motor 220 of the rear wheel is vertically connected to the rear wheel 120, the steering motor 220 of the rear wheel may be diagonally connected to the rear wheel 120, unlike the figure.
이하에서는, 전술한 세바퀴 전기 자동차의 제어방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the control method of the three-wheel electric vehicle will be described.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법을 나타내는 순서도이다.14 is a flowchart showing a control method of a three-wheeled electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 조향핸들(400)의 회전각, 및 가속 페달(410) 또는 브레이크 페달(420)의 눌림정도를 입력받는 입력단계(S10), 조향핸들(400)의 회전각, 및 가속 페달(410) 또는 브레이크 페달(420)의 눌림정도에 따라 자동차의 선회중심 및 가속도를 결정하는 결정단계(S20), 및 결정된 자동차의 선회중심 및 가속도에 따라 좌측 및 우측 앞바퀴(100, 110)의 토크와 뒷바퀴(120)의 조향각을 제어하는 제어단계(S30)를 포함한다. 여기서, 자동차의 선회중심은 자동차의 무게중심이 선회하는 중심점으로 정의될 수 있으며, 자동차는 이 선회중심을 기준으로 회전한다. 이러한 선회중심에 의한 자동차의 진행방향은 자동차의 길이방향 중심선과 자동차의 무게중심이 나아가는 방향선 사이의 각으로 정의될 수 있으며, 자동차의 가속도는 자동차의 무게중심이 나아가는 가속도로 정의될 수 있다.14, a method of controlling a three-wheeled electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes a step of inputting a rotation angle of the steering wheel 400 and a degree of depression of the accelerator pedal 410 or the brake pedal 420 A determination step S20 of determining the turning center and the acceleration of the automobile according to the rotational angle of the steering wheel 400 and the degree of depression of the accelerator pedal 410 or the brake pedal 420, And a control step S30 for controlling the torques of the left and right front wheels 100 and 110 and the steering angle of the rear wheel 120 according to the acceleration. Here, the turning center of the automobile can be defined as a center point of turning the center of gravity of the automobile, and the automobile rotates based on the turning center. The traveling direction of the vehicle based on the turning center can be defined as an angle between a longitudinal center line of the vehicle and a direction line extending from the center of gravity of the vehicle, and the acceleration of the vehicle can be defined as an acceleration of the center of gravity of the vehicle.
도 15는 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 조향핸들을 우측으로 회전시켰을 때 자동차가 선회하는 것을 설명하기 위한 도면이다.15 is a view for explaining that the vehicle turns when the steering wheel of the three-wheel electric vehicle according to the present invention is turned to the right.
자동차의 조향핸들을 우측으로 회전시키면, 뒷바퀴(120)는 좌측 앞바퀴(100)측으로 회전하고, 때문에 자동차의 선회중심(C)은 자동차의 우측에 형성되며, 좌측 앞바퀴(100)의 토크는 우측 앞바퀴(110)의 토크보다 크게 된다. 따라서, 자동차는 선회중심(C)을 기준으로 하여 우측으로 회전할 수 있다. 자동차의 선회중심(C)은, 조향핸들(400)의 회전각의 뒷바퀴(120)의 조향각에 대한 비인 조향비(steering ratio, 조향핸들(400)의 회전각 / 뒷바퀴(120)의 조향각)와 조향핸들(400)의 회전각에 의하여 정해진다. 또한, 가속도(a)는 가속 페달(410) 또는 브레이크 페달(420)의 눌림정도에 비례하여 정해진다. 구체적으로, 자동차의 선회중심(C)은 조향핸들(400)의 회전각을 전술한 조향비로 나눈 값에 의하여 정해질 수 있다. 이러한 조향비는 차량의 현재 속도, 차량의 롤 안정성(Roll stability), 타이어의 마모정도 및 차량의 전복 가능성 등을 고려하여 결정될 수 있다. 차량의 고속 주행시는 조향비를 소정값 제한하여 선회중심의 위치를 제한할 수 있으며, 따라서, 차량회전시의 롤 안정성을 확보하고 전복 가능성을 낮출 수 있다. 또한, 자동차의 가속도(a)는 가속 페달(410) 브레이크 페달(420)가 눌린 깊이에 따라 미리 설정된 값으로 선택될 수 있다. 자동차가 동일한 가속도를 갖더라도, 조향각에 따라 두 앞바퀴(100, 110)에 가해지는 토크량은 달라진다. 따라서, 자동차의 가속도(a)와 선회중심(C)에 따라 두 앞바퀴(100, 110)의 토크량과 뒷바퀴(120)의 조향각이 결정된다. The rear wheel 120 rotates to the left front wheel 100 so that the turning center C of the car is formed on the right side of the vehicle and the torque of the left front wheel 100 is transmitted to the right front wheel 100. [ (110). Therefore, the automobile can rotate to the right with respect to the turning center C. The turning center C of the automobile is determined by the steering ratio of the steering angle of the steering wheel 400 to the steering angle of the rear wheel 120 and the steering ratio of the steering wheel 400 to the steering angle of the rear wheel 120 Is determined by the rotation angle of the steering wheel 400. The acceleration a is determined in proportion to the degree of depression of the accelerator pedal 410 or the brake pedal 420. [ Specifically, the turning center C of the automobile can be determined by a value obtained by dividing the rotational angle of the steering handle 400 by the aforementioned steering ratio. This steering ratio can be determined in consideration of the current speed of the vehicle, the roll stability of the vehicle, the degree of wear of the tire, and the possibility of rollover of the vehicle. It is possible to restrict the position of the turning center by limiting the steering ratio at a predetermined value at the time of high-speed driving of the vehicle, thereby securing the roll stability at the time of vehicle rotation and lowering the possibility of rollover. In addition, the acceleration (a) of the automobile can be selected to a preset value according to the depression depth of the brake pedal 420 of the accelerator pedal 410. Even if the vehicle has the same acceleration, the amount of torque applied to the front wheels 100 and 110 depends on the steering angle. Accordingly, the amount of torque of the front wheels 100 and 110 and the steering angle of the rear wheel 120 are determined according to the acceleration a and the turning center C of the automobile.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 자동차의 속도를 측정하는 속도측정단계를 더 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차는 자동차의 속도를 측정하기 위한 속도 센서를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the control method of the three-wheeled electric vehicle according to the embodiment of the present invention may further include a speed measuring step of measuring the speed of the automobile. Therefore, the three-wheeled electric vehicle according to the embodiment of the present invention may further include a speed sensor for measuring the speed of the automobile.
본 발명의 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차의 제어방법은, 사용자가 조향핸들(400)과 가속 페달(410) 또는 브레이크 페달(420)를 통해 입력을 주면 자동차의 속도에 따라 자동차의 회전형태가 달라질 수 있다.A control method of a three wheel electric vehicle according to an embodiment of the present invention is a method of controlling a three wheel electric vehicle according to an embodiment of the present invention in which when a user inputs an input through a steering wheel 400 and an accelerator pedal 410 or a brake pedal 420, It can be different.
구체적으로, 측정된 자동차의 속도가 소정속도 이하일 때는, 조향비가 소정비에 도달할 때까지 조향비가 자동차의 속도에 비례하여 증가하고, 자동차의 속도가 소정속도 이상일 때는, 조향비가 전술한 소정비로 고정될 수 있다. 따라서, 자동차가 소정속도 이하로 움직일 때는, 조향핸들(400)의 회전각은 자동차 무게중심에서의 진행방향(β)과 대응되고, 조향비가 1:1부터 자동차의 속도에 비례하여 증가한다. 또한, 자동차가 소정속도 이상으로 움직일 때는, 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차의 조향비는 일반자동차와 동일한 15:1~20:1이 되도록 할 수 있다. 조향비가 고정되는 소정비는 자동차의 크기, 무게, 최고속도 등을 고려하여 정해질 수 있다.Specifically, when the measured speed of the automobile is equal to or lower than the predetermined speed, the steering ratio increases in proportion to the speed of the vehicle until the steering ratio reaches the predetermined ratio, and when the speed of the vehicle is equal to or higher than the predetermined speed, . Therefore, when the vehicle moves below a predetermined speed, the rotation angle of the steering wheel 400 corresponds to the traveling direction? At the center of gravity of the vehicle, and the steering ratio increases from 1: 1 in proportion to the speed of the vehicle. In addition, when the vehicle moves at a speed higher than the predetermined speed, the steering ratio of the three-wheel electric vehicle according to the embodiment can be set to be 15: 1 to 20: 1, which is the same as that of a general car. The steering ratio can be fixed by considering the size, weight and maximum speed of the vehicle.
도 16은 본 발명에 따른 세바퀴 전기 자동차의 선회중심이 자동차의 내부에 위치할 때를 나타내는 도면이다.16 is a view showing a turning center of a three-wheeled electric vehicle according to the present invention when it is located inside the automobile.
도 16을 참조하면, 세바퀴 전기 자동차의 속도가 소정속도 이하일 때는, 뒷바퀴(120)의 조향각이 소정각보다 크면 자동차의 선회중심(C)이 자동차의 내부에 위치할 수 있다. 일반 자동차는, 선회중심이 자동차의 외부에만 위치하게 되는 것과 달리, 본 발명의 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차는 주차 등을 위하여 소정속도 이하로 움직일 때, 자동차의 선회중심(C)이 자동차의 내부에 위치할 수 있다. 구체적으로, 자동차가 소정속도 이하로 움직일 때, 뒷바퀴(120)의 조향각이 소정각보다 크면 자동차의 선회중심(C)은 자동차의 내부에 위치한다. 따라서, 좁은 골목을 통과하거나 주차시에 유용하다.16, when the speed of the three-wheel electric vehicle is less than the predetermined speed, the turning center C of the vehicle may be located inside the vehicle if the steering angle of the rear wheel 120 is greater than a predetermined angle. In the case of a three-wheeled electric vehicle according to the embodiment of the present invention, the turning center C of the vehicle is located at a position where the vehicle is traveling, Lt; / RTI > Specifically, when the steering angle of the rear wheel 120 is greater than a predetermined angle when the automobile moves below a predetermined speed, the turning center C of the automobile is located inside the automobile. Therefore, it is useful when passing through a narrow alley or parking.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차의 조향핸들(400)은 시계 및 반시계 방향으로 각각 최대 180도 미만으로 회전가능하다. 일반 자동차는 조향핸들이 기계식으로 연결되나, 본 발명의 실시예에 따른 자동차는 전자식 구조인 Steer-by-wire 기술을 이용하기 때문에, 조향핸들(400)의 회전각을 크게 할 필요가 없다. 따라서 조향핸들(400)의 최대 회전각을 360도 미만으로 제한하여 조향핸들(400)이 한 바퀴 이상 회전하였을 시에 발생할 수 있는 운전자 혼란을 방지할 수 있다.In addition, the steering wheel 400 of the three-wheel electric vehicle according to the embodiment of the present invention is rotatable less than a maximum of 180 degrees in the clockwise and counterclockwise directions, respectively. Since the steering wheel is mechanically connected to a general automobile, the automobile according to the embodiment of the present invention uses the steering-by-wire technology, which is an electronic structure, so that it is not necessary to increase the steering angle of the steering wheel 400. [ Therefore, the maximum rotation angle of the steering wheel 400 can be limited to less than 360 degrees, thereby preventing driver confusion that may occur when the steering wheel 400 rotates more than one turn.
한편, 세바퀴 전기 자동차는 자동차가 소정속도 이하로 운행 중일 때에는, 자동차의 진행방향(β)이 최대 90도를 가지게 된다. 이때, 자동차 내부의 디스플레이에 자동차의 주변을 보여주는 전방위 카메라를 포함할 수 있다. 구체적으로, 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차는, 버드아이뷰(Bird-eye view)를 보여주는 카메라를 포함할 수 있다. 실시예에 따른 세바퀴 전기 자동차는 소정속도 이하에서 모든 방향으로 움직일 수 있으므로, 운전자가 자동차 외부의 모든 경로를 볼 수 있는 카메라를 이용하여 안전하게 자동차를 움직일 수 있다. 따라서, 운전자는 자동차의 움직임을 보다 쉽게 예측하고 제어할 수 있게 된다.On the other hand, when the vehicle is traveling at a speed lower than the predetermined speed, the three-wheel electric vehicle has the traveling direction beta of the vehicle at a maximum of 90 degrees. At this time, the display inside the automobile may include an omnidirectional camera showing the periphery of the automobile. Specifically, the three-wheeled electric vehicle according to the embodiment may include a camera showing a Bird-eye view. The three-wheeled electric vehicle according to the embodiment can move in all directions below a predetermined speed, so that the driver can safely move the vehicle using a camera that can see all the paths outside the vehicle. Thus, the driver can more easily predict and control the movement of the vehicle.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원에 개시된 실시예들은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It can be understood that The features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment of the present invention and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects and the like illustrated in the embodiments can be combined and modified by other persons skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
100: 좌측 앞바퀴
110: 우측 앞바퀴
120: 뒷바퀴
200: 제1 구동 모터
210: 제2 구동 모터
220: 조향 모터
300: 제1 구동축
310: 제2 구동축
320: 조향축
400: 조향 핸들
410: 가속 페달
420: 브레이크 페달
500: 연산 장치
100: Left front wheel
110: right front wheel
120: Rear wheel
200: first drive motor
210: second drive motor
220: Steering motor
300: first drive shaft
310: second drive shaft
320: Steering axis
400: steering wheel
410: accelerator pedal
420: Brake pedal
500: computing device

Claims (9)

  1. 스키드(skid) 조향되는 좌측 앞바퀴와 우측 앞바퀴, 및 액커만(ackermann) 조향되는 뒷바퀴를 포함하는 세바퀴 전기 자동차 제어방법이고,
    조향핸들의 회전각, 및 가속 페달 또는 브레이크 페달의 눌림정도를 입력받는 입력단계;
    상기 자동차의 속도를 측정하는 속도측정단계;
    상기 조향핸들의 회전각, 및 상기 가속 페달 또는 브레이크 페달의 눌림정도에 따라 자동차의 선회중심을 결정하고, 상기 가속 페달 또는 브레이크 페달의 눌림정도에 비례하여 가속도를 결정하는 결정단계; 및
    상기 결정된 자동차의 선회중심 및 가속도에 따라 상기 좌측 및 우측 앞바퀴의 토크와 상기 뒷바퀴의 조향각을 제어하는 제어단계;
    를 포함하고,
    상기 자동차의 속도가 소정속도 이하일 때는, 상기 조향핸들의 회전각의 상기 뒷바퀴의 조향각에 대한 비인 조향비는 소정비에 도달할 때까지 상기 자동차의 속도에 비례하여 증가하고,
    상기 자동차의 속도가 상기 소정속도 이상일 때는, 상기 조향비는 상기 소정비로 고정되는, 세바퀴 전기 자동차의 제어방법.
    A three-wheel electric vehicle control method including a left front wheel and a right front wheel skid-steered, and a rear wheel steered by an ackermann,
    An input step of receiving a rotation angle of the steering wheel, and a degree of depression of the accelerator pedal or the brake pedal;
    A speed measuring step of measuring a speed of the automobile;
    A determining step of determining the turning center of the automobile according to the rotational angle of the steering wheel and the degree of depression of the accelerator pedal or the brake pedal and determining the acceleration in proportion to the degree of depression of the accelerator pedal or the brake pedal; And
    A control step of controlling the torques of the left and right front wheels and the steering angles of the rear wheels according to the determined turning center and acceleration of the vehicle;
    Lt; / RTI >
    Wherein the steering angle ratio of the steering angle of the steering wheel to the steering angle of the rear wheel increases in proportion to the speed of the vehicle until the steering angle reaches a predetermined ratio,
    Wherein the steering ratio is fixed at the predetermined ratio when the speed of the automobile is equal to or greater than the predetermined speed.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어단계는,
    상기 자동차의 선회중심이 상기 좌측 앞바퀴측에 있을 때,
    상기 우측 앞바퀴의 토크가 상기 좌측 앞바퀴의 토크보다 크도록 제어하고, 상기 뒷바퀴를 상기 우측 앞바퀴측으로 회전하도록 제어하는, 세바퀴 전기 자동차의 제어방법.
    The method according to claim 1,
    Wherein the control step comprises:
    When the turning center of the automobile is on the left front wheel side,
    Controls the torque of the right front wheel to be greater than the torque of the left front wheel and controls the rear wheel to rotate to the right front wheel side.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어단계는,
    상기 자동차의 선회중심이 상기 우측 앞바퀴측에 있을 때,
    상기 좌측 앞바퀴의 토크가 상기 우측 앞바퀴의 토크보다 크도록 제어하고, 상기 뒷바퀴를 상기 좌측 앞바퀴측으로 회전하도록 제어하는, 세바퀴 전기 자동차의 제어방법.
    The method according to claim 1,
    Wherein the control step comprises:
    When the turning center of the automobile is on the right front wheel side,
    Controls the torque of the left front wheel to be larger than the torque of the right front wheel and controls the rear wheel to rotate to the left front wheel side.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자동차의 선회중심은, 상기 조향핸들의 회전각의 상기 뒷바퀴의 조향각에 대한 비인 조향비(steering ratio, 조향핸들의 회전각/뒷바퀴의 조향각)와 상기 조향핸들의 회전각에 의하여 정해지는,
    세바퀴 전기 자동차의 제어방법.
    The method according to claim 1,
    Wherein the turning center of the vehicle is determined by a steering ratio of a steering angle of the steering wheel to a steering angle of the rear wheel and a steering angle of the steering wheel,
    Three-wheel electric vehicle control method.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자동차의 선회중심은 상기 조향핸들의 회전각을 상기 조향비로 나눈 값에 의하여 정해지는, 세바퀴 전기 자동차의 제어방법.
    5. The method of claim 4,
    Wherein the turning center of the automobile is determined by a value obtained by dividing a turning angle of the steering wheel by the steering ratio.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자동차의 선회중심에 따라 상기 좌측 및 우측 앞바퀴에는 서로 다른 토크가 인가되어 스키드 조향되는, 세바퀴 전기 자동차의 제어방법.
    The method according to claim 1,
    Wherein the right and left front wheels are provided with different torques according to the turning center of the automobile to be skid steered.
  7. 삭제delete
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자동차의 속도가 상기 소정속도 이하일 때, 상기 뒷바퀴의 조향각이 소정각보다 크면 상기 자동차의 선회중심이 상기 자동차의 내부에 위치하는, 세바퀴 전기 자동차의 제어방법.
    The method according to claim 1,
    Wherein the turning center of the automobile is located inside the automobile when the steering angle of the rear wheel is greater than a predetermined angle when the speed of the automobile is less than the predetermined speed.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조향핸들은 시계 및 반시계 방향으로 각각 최대 180도 미만으로 회전가능한, 세바퀴 전기 자동차의 제어방법.


    The method according to claim 1,
    Wherein the steering wheel is rotatable less than a maximum of 180 degrees in a clockwise and counterclockwise direction, respectively.


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